ОРВ технология: реальный путь экономии ресурсов, решения экологических проблем

Применение ОРВ технологии для интенсификации процессов испарения

kolbiРезультаты исследований по интенсификации  физико-химических процессов испарения интересны не только для нефтепереработки, но также и в нефтехимии, пищевой и других отраслях промышленности, где используются энергоёмкие процессы перегонки и испарения. Отметим, что исследования возможности интенсификации процессов испарения проведены только в лабораторных условиях на кафедре технологии переработки нефти РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина

 

Повторить их на пилотных установках и провести опытно-промышленные испытания не представлялось возможности из-за отсутствия средств и заинтересованных лиц. Результаты испытаний многократно повторялись и перепроверялись и ниже, в таблицах, приводятся усредненные результаты исследований по активизации процессов испарения ундекана (С11Н24), изопропилового спирта и дистиллированной воды.

 

 

 

 

Во всех экспериментах использовалась трёх горловая колба объёмом 500 мл, количество перегоняемой жидкости составляло 150мл. Колба помещалась в стандартную лабораторную колбогрейку. Для термоизоляции верхняя часть колбы, которая выступала над нагревающей частью колбогрейки, обматывалась асбестовым шнуром. Мощность нагрева в контрольных и экспериментальных разгонках поддерживалась одинаковой. Измерялись три температуры:
- температура нагреваемой жидкости с помощью термометра, закреплённого в правом горлышке колбы, ртутный конец которого погружен в жидкость;
- температура пара с помощью термометра, закреплённого в левом горлышке колбы, ртутный конец которого находился в центре колбы;
- температура пара на входе в холодильник, закреплённого в центральном горлышке колбы, измерялась термометром, ртутный конец которого располагался в соответствие с ГОСТом для измерения температуры испаряемой жидкости;
Все разгонки шли при атмосферном давлении.

 

 

 

 

Таблица 1. Контрольный опыт  по перегонке ундекана

 

Температура, °C:

 

Объем перегнанной жидкости, мл

 0

50

80

100

120

130

140

-ундекана

196

196

196

196

195.5

195.5

208

-пара в колбе

195

195

196

196

196

198.5

207

-пара на входе в холодильник

196

197

197

197

197

197.5

198

Время с начала испарения, мин.

0

14,20

 

26,68

 

 

39,27

 

Таблица 2. Эксперимент по перегонке ундекана с использованием ОРВ  технологии

 

Температура, °C:

 

Объем перегнанной жидкости, мл

 0

50

80

100

120

130

140

-ундекана

196

196.5

196.5

196

196

196

207

-пара в колбе

194

195

195

196

197

199

206

-пара на входе в холодильник

196

197

197

197

197.5

197.5

198

Время с начала испарения, мин.

0

12,06

 

 

22,18

 

 

33,53

 

Таблица 3. Контрольный опыт по перегонке  изопропилового спирта

 

Температура, °C:

 

Объем перегнанной жидкости, мл

 0

50

80

100

120

130

140

-спирта

81

82

82

82

84

94

114

-пара в колбе

81

81

82

84

94

101

116

-пара на входе в холодильник

81

81.5

82

85

89

93

97

Время с начала испарения, мин.

0

14,96

 

29,53

 

 

43,67

 

Таблица 4. Эксперимент по перегонке изопропилового спирта с использованием ОРВ технологии

 

Температура, °C:

 

Объем перегнанной жидкости, мл

 0

50

80

100

120

130

140

-ундекана

81

82

82

82

84

92

111

-пара в колбе

81

81

82

85

93

100

114

-пара на входе в холодильник

81

81.5

83

85

89

93

98

Время с начала испарения, мин.

0

12,91

 

25,41

 

 

37,31

 

Таблица 5. Контрольный опыт по перегонке  дистиллированной воды

 

Температура, °C:

 

Объем перегнанной воды, мл

 0

50

80

100

110

120

130

-воды

99,5

100,5

100,5

100,5

100,5

100,5

103

-пара в колбе

99,5

100

100

101

101

102

102

-пара на входе в холодильник

99,8

100

100,5

101

101

101

101,5

Время с начала испарения, мин.

0

16,10

 

32,95

 

 

44,32

       

Таблица 6. Эксперимент по перегонке  дистиллированной воды с использованием ОРВ технологии

 

Температура, °C:

 

Объем перегнанной воды, мл

 0

50

80

100

110

120

130

-воды

99,6

100

100

101

103

106

111,5

-пара в колбе

99,6

114

136

166,5

183

202

226

-пара на входе в холодильник

101

110

121

134

141

150

160

Время с начала испарения, мин.

0

15,80

 

32,46

 

 

43,52

 

Сравнение полученных данных показывает удивительные результаты. Во-первых, при испарении ундекана, по мере увеличения объема выпаренной жидкости, температуры жидкости, пара внутри колбы и на входе в холодильник ведут себя классически. До тех пор, пока жидкость испаряется, подводимая от колбогрейки энергия расходуется на парообразование и температура жидкости и насыщенного пара в колбе не растут. Незначительный рост начинается после выпаривания 130 мл жидкости, это связано с тем, что количество оставшейся жидкости занимает небольшой объём колбы и ртутный конец термометра, измеряющий температуру жидкости, полностью уже не погружается в жидкость и в этом случае повышение температуры связано с перегревом стенок колбы. Различие между контрольными и опытными разгонками наблюдаются только в величине времени разгонок, при использовании ОРВ технологии наблюдается заметное увеличение скорости испарения, по сравнению с контрольными показателями. Такая же картина наблюдается и при испарении изопропилового спирта. Отметим, что и молекулы ундекана и изопропилового спирта не поляризованы и практически не имеют дипольного момента, что важно отметить при сравнении с результатами, полученными при испарении дистиллированной воды, молекулы которой обладают большим дипольным моментом в силу своей значительной полярности. Именно это свойство воды и объясняет существенное различие в результатах, полученных при интенсификации процессов испарения воды, по сравнению с результатами для ундекана и изопропилового спирта. Сильное электрическое взаимодействие между диполями молекул воды приводит к значительному по мощности электромагнитному излучению, создающее в резонаторе и большее вторичное излучение, которое воздействует на молекулы воды в колбе, вызывая увеличение амплитуды колебаний. Благодаря тому, что молекулы воды в парах имеют большую степень свободы, чем в жидкости, амплитуда их колебаний и, следовательно, их энергия существенно возрастает, что и отражается на значительном росте температуры пара. В случае испарения воды мы остановились до выпаривания 130 мл из первоначальных 150 мл воды, так как температура паров начинала резко возрастать, достигая 250-260°С при выпаривании 140 мл воды и это нередко приводило к растрескиванию и раскалыванию колбы.

Демонстрация такого роста температуры водяного пара при применении ОРВ технологии для интенсификации процесса испарения приводит специалистов в недоумение. Во время одной из командировок на нефтеперерабатывающий завод, мы продемонстрировали этот эффект на рядом расположенной теплоэлектростанции. Уж кто и знает термодинамику процесса испарения воды, так это специалисты на теплоэлектростанциях. Когда они наблюдали такой рост температуры пара, в первую очередь проверяли точность термометров и давление в колбе, не выше ли оно атмосферного. После этого единственный аргумент состоял в том, что тепловое излучение от колбогрейки передаётся через стекло колбы находящимся там парам воды. При акцентировании внимания, что во всё время испарения существует граница раздела между жидкой фазой воды и паром а, значит, мы имеем дело с насыщенным паром, температура которого при атмосферном давлении во всех профессиональных справочниках равна 100°С, специалисты с различными научными степенями разводили руками. Так же интересен факт, что можно понизить температуру окисления битума на 30°С, и не только на маленькой лабораторной, а на работающей промышленной установке, непрерывно перерабатывающей 30 и выше тонн гудрона в час и не уменьшить при этом скорость окисления. Мощность же аппаратуры обеспечивающий такой эффект не превосходит 0,5-1,0 Кватт электроэнергии. Эти, неоднократно получаемые результаты, никак не вписываются в существующие научные представления. Но практика – критерий истины, нам, после многолетних экспериментов и испытаний остаётся констатировать, что сие имеет место быть.